[发明专利]一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙及其设计方法

说明书

本发明属于表面波天线技术领域，涉及一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙，由若干个阻抗单元阵列而成，每个阻抗单元包括由上至下的阻抗调节层、介质层和接地层；阻抗调节层阵列形成阻抗调节板，介质层阵列形成介质基板，接地层阵列形成天线接地板；阻抗调节层具有容性电阻，通过调节间隙调节对应的单元阻抗；在天线接地板的下表面上预制有外接端口。还公开了其设计方法，根据对应的场景可以设计特定的波束控制天线，得到其对应的统计最优方向图，并利用人工阻抗设计对应的表面波天线，将所需的最优方向图分布，通过表面波天线实现，进而得到整个天线阵面最优自由度和信道容量，可以实现最优的MIMO通信。

技术领域

本发明属于表面波天线技术领域，具体涉及一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙及其设计方法。

背景技术

无线通讯技术经过几十年的发展已经贴合整个社会的方方面面，与现代人的生活息息相关。由于通信速率和带宽的不断上涨，万物互联的构架在人类社会中逐渐形成，不管是工业生产还是日常活动，各类移动通讯设备逐渐成为人们最常用的工具。天线作为无线通信的收发关键设备，其需求也随着应用场景的变化而日益增长。6G物联网系统更强调多用户互联，以及控制的协同化，因而对MIMO通信提出了更高的要求，作为一个场景的控制中继，要求天线阵对场景的覆盖满足达到最高增益，以实现最佳的MIMO通信，因此需要在保证天线增益的情况下，提升主瓣宽度，因此对于天线的形式有很高的要求。

以现有的技术来看，提升场景覆盖是单纯通过增加天线数量来实现，这些天线基本采用低增益宽主瓣，因此会对同一区域产生重叠覆盖，实际上是一种低效的设计，造成了能量的浪费，并且端口越多，馈电电路和端口耦合越复杂。此外，很多天线阵设计单纯考虑剖面或者耦合，而对MIMO天线端口对应的方向图之间的关联没有进行相关的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙及其设计方法，解决了常规MIMO天线的天线间重叠区域覆盖引入的能量浪费问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙，所述低剖面天线墙由若干个阻抗单元阵列而成，每个阻抗单元包括由上至下的阻抗调节层、介质层和接地层；

阻抗调节层阵列形成阻抗调节板，介质层阵列形成介质基板，接地层阵列形成天线接地板；

阻抗调节层具有容性电阻，通过调节间隙调节对应的单元阻抗，用于通过不同的阻抗单元来实现表面波的激励；

在天线接地板的下表面上预制有外接端口。

进一步，外接端口沿着介质基板的水平轴线性排列。

进一步，当外接端口设置为四个端口时，距离介质基板中心的距离分别为40mm、24mm、24mm、40mm。

本发明还公开了所述的低剖面天线墙的设计方法，包括以下步骤：

S1、首先确定来波主要的传播路径，天线作为接收端时具有主瓣-90至90°的角度范围的来波角度功率分布；

S2、根据来波角度功率分布进行接收计算，选取基函数系，用基函数系对天线口面上的电流分布进行展开，并分析低剖面天线墙对应的等效电流分布，计算出满足需求的展开系数矩阵；

S3、根据展开系数矩阵得到统计最优方向图的空间角度分布；

S4、根据统计最优方向图的空间角度分布得到对应端口的方向图主瓣分布，通过表面波天线的全息映射关系，计算阻抗调节层对应的表面阻抗分布，设计出低剖面天线墙。

进一步，S2具体为：

首先选取基函数系，用基函数系对天线口面上的电流分布进行展开，并通过与并矢格林函数积分得到第m个特征模式对应电流分布的远场方向图